研究金属材料高温动态拉伸性能新方法

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不锈钢知识： 目前由于高速加载装置的发展，越来越多的学者开始关注高温下材料的力学性能，针对金属材料的动态力学性能研究还主要在常温动态拉压力学性能，而对在高温下金属的动态力学性能的报道更是很少且集中在对具有典型晶体结构的金属展开，Nemat-NasserS等利用Hopkinson压杆对纯钛材料进行了高温压缩实验，LennonAM等利用红外预加温及Kolsky杆对铜，矾及α-钛进行了高温压缩实验，这种装置认为试样和杆件装配前后的温度一致，同时这种测温方式也暗示试样的温度场始终均匀的假设，这种方法的可靠性还有待验证。
VaidyaRU等研究对Ti-46.5Al-3Nb-2Cr-0.2W和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo两种金属在高温下的压缩性能。在金属的高温动态拉伸力学性能的研究上，MostafaShazly等采用了SHTB装置对金属材料高温下力学性能进行了研究，其中压缩采用喷出的高温气体进行温度加载，拉伸实验中在试样上缠裹电阻丝进行温度加载，这两种方法均难以控制试样温度的均匀性，同时导致实验段温度无法精确测量，而且实验存在应力应变的非本构动。
SturgesJL等采用U形感应线圈对试件快速加温然后移开线圈采用飞行楔体对试件进行冲击拉伸实验，这样的方法很难保证试样温度的稳定性和均匀性，而且这种装置无法消除惯性效应影响。
在常温动态拉伸测试方面LindholmUS等采用Hopkinson压杆装置及一种顶端帽形试样完成，但这种方法无可避免地在测试结果中存在剪切应力的影响，而且测试用试样在加工上存在相当的难度。NicholasT采用反射拉伸的方法进行测试，测试中材料的结果会受到第一次压力波的影响，而且紧固方式会不可避免地存在拉伸应力的非本构抖动。
除文献在位错动力学基础上给出了高温下金属材料的动态压缩参数，其余文献均未给出材料数值拟合参数。
现有研究采用小型加温炉和自主研发制造的Hopkinson缸、杆分离式直接拉伸装置测试了304不锈钢材料在不同温度下的动态拉伸性能。采用修正的Johnson-Cook模型作为材料的本构关系，提出了一种拟合金属材料在弹性阶段应变率及温度相关的特征规律的损伤模型，并拟合出其不同参数。结果表明这种新的实验方法及数值模型能够完成对金属材料在高温高应变率下的拉伸性能研究。
使用加温方式和改进的Hopkinson杆能够对金属材料进行不同温度条件下高应变率动态拉伸性能测试，并比较精确地得到不同温度和不同应变率条件下材料的动态拉伸力学参数。
和大多数金属材料一样，研究中测试的这种金属材料304不锈钢的动态拉伸性能具有明显的正应变率效应和温度软化效应，但材料弹性模量具有负应变率效应和负温度效应，在屈服阶段后只有在低温低应变率条件下才可能出现加工硬化现象，在高温高应变率条件下大多表现为应变软化。
通过测试方法和理论模型拟合方法对金属304不锈钢的动态拉伸性能进行了测试和模拟，得到相关动态拉伸强度参数和断裂应变参数，并采用损伤模型对材料在弹性段性能进行拟合，得到材料的损伤参数，对比结果表明拟合结果与试验结果能够很好地吻合.
转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_9f9c119b01014tjr.html